ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Неравномерное напорное движение несжимаемой жидкости. Характерные особенности течения и потери энергии из "Механика жидкости " Рассматривая неравномерные потоки, удобно выделять области ускоренного и замедленного движения. Так как мы будем иметь дело только с установившимися движениями, то ускорения будут следствием изменений вектора скорости не во времени, а в пространстве. Как указывалось в 2-1, такие ускорения называются конвективными ускорениями в отличие от локальных ускорений, характеризующих изменения скорости в точке во времени. [c.330] Точность вычислений увеличивается при построении более густой сетки линий тока и эквипотенциалей. Изменение скорости вдоль оси трубы и вдоль стенкн, подсчитанное по (14-3), показано на рис. 14-1. Там же показано изменение давления вдоль стенки, вычисленное по уравнению (6-61). [c.333] До сих пор мы пренебрегали действием трения. Однако вдоль стенок сужающегося участка имеются две зоны небольшого по величине отрицательного перепада давления и зона положительного перепада давления значительно большей величины. Поэтому в потоке реальной жидкости возможен отрыв, если значение любого из этих отрицательных перепадов давления достаточно велико, чтобы вызвать у стенки обратную скорость. Для определения того, не произойдет ли отрыв потока, могут использоваться модели с прозрачными стенками. Зоны отрыва визуализируются путем выпуска на стенках краски или дыма. [c.333] Следует отметить, что гидродинамическая сетка не воспроизводит картины линий тока при наличии отрыва, так как в потенциальном потоке нет механизма, который мог бы вызвать отрыв. Например, если изменить направление движения потока, показанного на рис. 14-1, на обратное, то в потенциальном потоке гидродинамическая сетка, распределение скоростей и давлений останутся неизменными. Однако перепад давления станет положительным там, где он был отрицательным, и наоборот. Можно видеть, что величина отрицательного перепада давления теперь гораздо больше, чем в сужающемся потоке. Поэтому в расширяющемся потоке, несомненно, произойдет отрыв, и картина линий тока приобретает вид, схематически показанный на рис. 14-2. [c.333] Опираясь на результаты рассмотрения вопросов подобия в напорных потоках в п. 7-4.1, мы можем предположить, что потери энергии на единицу веса, выраженные в безразмерной форме, должны зависеть от геометрии границ и характерного числа Рейнольдса потока. Диссипация энергии в неравномерном потоке является в первую очередь результатом генерации турбулентности в зонах отрыва, и мы вправе ожидать значительного влияния числа Рейнольдса только в том случае, если из-за влияния вязкости изменяется положение точки отрыва. [c.336] Простейшим случаем расширения потока является резкое увеличение поперечного сечения потока, показанное на рис. 14-3. Угол расширения при наличии отрыва имеет второстепенное значение, поэтому примем угол 90° как типичный и рассмотрим контрольный объем, обведенный на рис. 14-4 пунктиром. Вниз по течению контрольный объем должен захватить участок параллельноструйного течения. Рассмотрим проекцию на ось х уравнения количества движения (4-34) для одномерного движения. Проекция массовой силы равна нулю, касательными напряжениями на стенках мы пренебрегаем. [c.336] Экспериментальные профили скорости [Л. 1] для различных сечений за внезапным расширением (рис. 14-4, отношение диаметров Z)i/D2=l/2) показаны на рис. 14-5. [c.338] В пределе, когда Si очень велико по сравнению с 5г, мы имеем вход из большого резервуара в трубу с острыми входными кромками. При этих условиях вх 0,4. Закругление входных кромок эффективно снижает значение Свх (до 0,05 и менее). Потери в хорошо спроектированном насадке при свободном истечении струи характеризуются. =0,03. [c.341] Экспериментальные данные по калибровке, рекомендации по р1асположению сечений, в которых измеряется давление, а также сведения о других типах устройств для измерения расхода содержатся в [Л. 7]. [c.343] Колено (изгиб) на трубе постоянного поперечного сечения вызывает образование вторичного спиралеобразного течения (рис. 10-1). Картина течения в колене и за ним весьма усложняется также и из-за возможности отрыва потока. Причина отрыва и здесь состоит в наличии отрицательного перепада давления. Как и в случае сужающегося потока (рис. 14-1), мы можем проанализировать основные особенности поведения градиента давления на стенках в колене с помощью предположения о потенциальном, или безвихревом, движении. [c.343] АВ и F—зоны увеличения давления (вдоль стенки). [c.344] На рис. 14-14 показана гидродинамическая сетка потенциального течения в зоне поворота двумерного канала на 90°. Вдоль внешней стенки скорость уменьшается на участке АВ, а вдоль внутренней — на участке EF. Это ведет к отрицательному перепаду давления и возможности отрыва на этих участках. Распределение скорости потенциального движения вдоль оси симметрии здесь такое же, как и для потенциального или свободного вихря, для которого Уд/ = onst (6-92). [c.344] Уравнения движения в грубах с трением в гл. 13 были получены для установившегося равномерного движения. На практике жидкости транспортируются обычно по системам труб или водоводов, в которых участки равномерного движения соседствуют с участками неравномерного движения, вызываемого переходными участками, поворотами и задвижками. Выше мы показали, как определяются потери энергии для некоторых таких случаев. [c.345] Проектирование трубопроводной системы сводится к составлению общего баланса энергии для контрольного объема, включающего всю систему, так, чтобы потери энергии плюс остаточная энергия равнялись начальной энергии. [c.345] В самотечной системе имеется определенное количество потенциальной энергии, которое подлежит диссипации или переходу в другой вид энергии. В несамотечной системе энергия должна поступать от насоса. Отдача энергии потоком в трубопроводной системе —это не только процесс диссипации. Например, турбина забирает энергию потока и с помощью генератора превращает ее в электрическую энергию. [c.345] учитывающий работу на валу , отрицателен для насоса и положителен для турбины. [c.346] ЕЯп любую из двух ветвей — верхнюю или нижнюю. В точке 2 расход шотока делится между ветвям И таким образом, что потери напора между 2 и 5 одинаковы для обеих ветвей. Расчет деления потока приводится в примере 14-2. [c.347] Расчеты распределения давлений и расходов для сложных трубопроводных систем со многими ответвлениями и замкнутыми кольцами обычно выполняются на аналоговых или цифровых ЭВМ. Подробнее с этим можно познакомиться по [Л. J0]. [c.347] Вернуться к основной статье